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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

“ESTUDIO DE TÉCNICAS DE REPARACIÓN PARA VIVIENDAS DE LA ZONAMETROPOLITANA DE TOLUCA AFECTADAS POR ASENTAMIENTOS”.

Escamilla Hernández Luís Alejandro∗* y Germán Cabrera Marco Antonio

RESUMEN

La finalidad de este trabajo es analizar el comportamiento que han presentado las estructuras reparadas en lazona centro de la ciudad de Toluca a mediados de la década de los 80’s en casas habitación, que van desde lareparación de daños ligeros hasta la reestructuración total del inmueble. Se realiza el análisis estructural deviviendas seleccionadas en las condiciones originales y en el estado actual. Con los resultados obtenidos sepodrá dar a conocer recomendaciones generales para implementar la reparación mas apropiada de losinmuebles dañados por los agrietamientos del terreno que se presentan en el valle de Toluca.

ABSTRACT

The purpose of this work, is to analyze the behavior that has displayed the structures repaired in the zone offthe Down town of Toluca City, in the middle of the decade of the 80' s, that go, from the repair of slightdamages to the total reconstruction of the building. The structural analysis of selected houses is made in theoriginal conditions and the present state. With the obtained results it will be possible to be presentedrecommendations general to implement the appropriate repair but of the buildings damaged by the cracking ofthe land that appears in the valley of Toluca.

ANTECEDENTES

Desde el principio de los tiempos, los asentamientos humanos se han desarrollado a un costado de espejos deagua, ya sean lagos, lagunas o agua corriente en forma de ríos. Con el paso del tiempo y el incremento de laspoblaciones el vital líquido es utilizado para todo tipo de actividades industriales y agrícolas con la conocidaconsecuencias de contaminación.

La humanidad ha buscado diferentes formas de satisfacer la necesidad de proveer a la población del vitallíquido, ya en la antigua Roma existían grandes acueductos para llevar el agua desde los manantiales ubicadosa kilómetros de distancia a las urbes que lo requerían. En Machu Pichu actualmente corre agua por los canalesque los Incas labraron sobre la piedra, para abastecer de agua a la mística ciudad. En el medio oriente se hasatisfecho la necesidad de abastecer de agua a la población desde tiempos inmemorables mediante pozosartesanos.

En la actualidad, la mayoría de las ciudades del centro del país obtiene un gran porcentaje de agua paraconsumo humano de los mantos acuíferos que se localizan en el subsuelo de los valles en que se desarrollanlas poblaciones, dado el excesivo crecimiento se ha tenido que recurrir a la sobreexplotación, es decir seextrae mayor cantidad de agua del subsuelo de la que naturalmente se recarga a través de la lluvia y/o elescurrimiento.

Esta acción repercute en el agrietamiento del suelo, ya que los huecos que originalmente estaban ocupadospor agua, poco a poco quedan vacíos perdiendo cohesión entre las partículas y con el paso del tiempo serompen, generando grietas que se propagan hasta la superficie afectando todo lo que se encuentra sobre deella.

Cabe destacar que las fallas del terreno se clasifican en cuatro.

∗ M en I. Facultad de Ingeniería Universidad Autónoma del Estado de México (UAEM), Cerro de Coatepéc s/n, C.U.Toluca México, C.P. 50130, Telf. 2154512 ext. 258.e-mail: [email protected]

XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 2008

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La consolidación, que es la compresión paulatina de los diferentes estratos del suelo, provocandoasentamientos mas o menos regulares en las estructuras en lapsos de tiempo muy prolongados, como es elmás conocido caso de la basílica de Guadalupe y el edificio de las capuchinas (figura1), la catedralmetropolitana y muchos edificios históricos de Ciudad de México.

Otro fenómeno es la falla por capacidad de carga del terreno, que se presenta cuando los estratos del terrenono son capaces de soportar una sobrecarga en su superficie, de esta forma las estructuras sufren asentamientosirregulares en cuestión de horas. Un caso muy conocido de este fenómeno se recuerda con los silos deTrascona en Canadá en los años treinta del siglo XX (figura 2).

Otro caso de fallas se debe a la licuación del terreno, este se fenómeno se presenta en suelos del tipo arenosocon algún grado de saturación, este problema ocurre en suelos arenosos sueltos, cuyas condiciones especialesde drenaje propician la anulación de su resistencia al esfuerzo cortante durante un sismo, convirtiéndolos asíen un material equivalente a un fluido, provocando asentamientos de las estructuras de forma repentina, casomás popular son los edificios de condominios que se vinieron abajo en el sismo de Niigata, Japón en 1964.(Figura 3)

FIGURA 1 asentamiento en el templo de lascapuchinas Basílica de Guadalupe D.F.

FIGURA 2. Falla de los silos de Trascona, Canadá,por falta de capacidad de carga del suelo

FIGURA 3. Falla de condominios por licuación del suelo durante el sismo de Niigata, Japón en 1964

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El cuarto caso es el que nos ocupa, se trata de la fractura del terreno de desplante, que tiene dos explicacionesaceptadas, la primer explicación es que el suelo (del tipo cohesivo) a medida que va perdiendo humedadtambién pierde la cohesión entre sus partículas, de tal forma que se generan grietas que se prolongan por todoel estrato y poco a poco pasan a los estratos superiores que ya han perdido humedad hasta llegar a lasuperficie, generando grietas de longitud variable afectando todo tipo de estructura desplantada en susuperficie (figuras 4 y 5). La segunda explicación válida se soporta en la primera e indica que existe ademásalgún tipo de consolidación en los valles la cual no es uniforme debido a que los estratos rocosos del subsuelono lo son, entonces los estratos mas blandos se deslizan sobre la capa dura de terreno provocando estefenómeno.

FIGURA 4 Daños en casa habitación provocadospor falla en el piso

FIGURA 5 Daños en edificios públicosprovocados por falla en el piso

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Geológicamente, el Valle de Toluca se formó hace unos sesenta millones de años y es parte de una serie delagos antiguos, sobre un relieve de rocas andesíticas que afloran en varias elevaciones, la mayoría de lascuales están integradas o están por integrarse a la gran mancha urbana que une o unirá a la ciudad con variaspoblaciones aledañas.

El fenómeno de agrietamiento del suelo que se presenta en el Valle de Toluca desde la década de los ochenta,no es un problema aislado, ya que se ha observado en varios lugares de la república mexicana comoQuerétaro, Qro. Celaya, Gto. Morelia, Mich. Ameca Jal. y otros, en donde las principales causas ha sido ladesmedida sobreexplotación del acuífero, así como también se atribuye a la presencia de fallas geológicas.

En el valle de Toluca el fenómeno se ha presentado en varios sitios, ya que se tiene registro desde 1968 deagrietamientos en regiones agrícolas del municipio de Xonacatlán, así mismo en la cuenca del alto Lerma,donde existen gran número de pozos de extracción de agua para proveer a la demanda del Distrito Federal, endonde se presentaron mas de cien fallas y fisuras reportadas en 1971, en el valle de Ixtlahuaca, al sur deCocotitlán Estado de México se presentó una gran falla en 1974

A mediados de la década de los ochenta, el problema se agudiza en el centro de la ciudad de Toluca afectandola infraestructura urbana, aparece repentinamente una grieta en el suelo con desniveles de hasta 20cmafectando varias colonias de la urbe, donde resultaron dañadas más de cuatrocientas viviendas principalmente,además de centros médicos, escuelas y edificios públicos.

Las autoridades municipales en conjunto con acuerdos estatales y federales restringieron considerablemente laextracción del agua en la zona centro con lo cual los asentamientos se han visto reducidos considerablemente.


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Posteriormente se han reportado daños en las colonias colindantes al cerro de la Teresona, las colonias losÁngeles, Carlos Hank, las Américas y otras con inmuebles afectados.

Cabe destacar que los daños acumulados en la infraestructura debidos al fenómeno de asentamientos delterreno, supera con mucho los daños ocasionados por sismos en el mismo periodo del tiempo, ya que hanresultado afectadas mas de 500 viviendas unifamiliares, edificios de departamentos que han tenido que serdesocupados edificios públicos que han tenido que ser demolidos así como infraestructura industrial que hasido reparada, remodelada o retirada definitivamente.

Los daños en las viviendas principalmente han sido atendidos desde diferentes enfoques, que van desde elabandono total hasta el constante mantenimiento de la estructura.

El ayuntamiento de Toluca en un principio tomó el caso, brindando todo el apoyo a los propietarios de lasresidencias afectadas, ofreciendo proyectos individuales para cada caso en el que en aquella época conteníaun proyecto técnico de reparación, los materiales y la mano de obra, así como la asesoría técnica en el procesode reparación. En casos posteriores se ofreció el apoyo limitado, ya sea únicamente el proyectoindividualizado, el material o bien la mano de obra y la asesoría técnica.

El tipo de vivienda dañada responde a un conjunto de proyectos tipo que fueron edificados a principios de lossesenta, consisten en casas habitación construidas con muros de tabique rojo recosido y losas de concretoreforzado, según el nivel de la vivienda, son estructuras confinadas con dalas y castillos o sin eseconfinamiento.

El daño en la estructura de las viviendas responde principalmente al agrietamiento de sus muros, con grietasdiagonales sobre los muros perpendiculares al agrietamiento y con desplomes en los muros sensiblementeparalelos a la grieta.

De esta forma el daño de la estructura resistente se clasificó con cuatro categorías que se mencionan acontinuación:

Daño ligero. Cuando en un muro se presentan grietas menores a 0.2mm de espesor y longitudes menores al30% de la longitud portante del muro.

Daño moderado. Si la longitud de la grieta supera el 30% y está por debajo del 60% o bien el espesor de lagrieta está por abajo del 3.0mm de espesor.

Daño fuerte. Si la longitud del la grieta supera el 60% de la longitud del muro y por abajo del 80%, además deque el espesor está por debajo de 5.0mm. O bien el desplome es tal que pone en peligro la estabilidad delmuro.

Daño severo. Si los muros superan las limitaciones descritas arriba.

Esto se expresa de mejor forma en la tabla 1

TABLA 1 Clasificación del daño en muros dependiendo de la longitud y espesor de la grietaPORCENTAJE DE DAÑO EN EL MUROESPESOR

DEGRIETA 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0.0 – 0.2mm DAÑO0.2 – 3.0mm LIGERO DAÑO3.0 – 5.0mm MODERADO DAÑO FUERTE

>5.0mm DAÑO SEVERO

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Cabe destacar que los daños encontrados en las inspecciones realizadas se concentran principalmente en losmuros y en consecuencia cuando los daños son mayores, estos afectan losas de cubierta o entrepiso,cancelería y algún tipo de acabado arquitectónico.

Los proyectos de reparación se clasifican en cuatro grandes rublos que se detallan a continuación:

Para las casas que presentaron daños leves en sus muros, se recomendó la Reparación de los elementosafectados (R), procedimiento que incluye el rajueleo de la grieta, inyectado de la misma con mortero fluido yrecuperación del aplanado

En el caso de muros con daños moderados se recomendó la Reparación y Refuerzo del elemento (RR),mediante el retiro del aplanado existente, el rajueleo de la grieta para la inyección con mortero fluido y laadición de un tramo de malla electrosoldada como refuerzo, debidamente anclada a los muros medianteconectores de cortante espaciados en tramos más o menos constantes; cuando la longitud de la grieta erapequeño solamente se reforzaba la zona dañada, cuando se acercaba al 50% de la longitud del muro, la mallase colocó en toda la superficie del muro expuesto.

Cuando los daños que presentó el muro fueron clasificados con daños fuertes, el procedimiento recomendadoconsistió en la Reparación, Refuerzo y Reestructuración del elemento (RRR). La reestructuración además delos procedimientos ya mencionados consistió en la inserción de elementos confinantes a base de castillos ydalas de concreto reforzado.

Para casos extremos en los que los muros de las viviendas respondieron a una clasificación de daño severo, larecomendación final fue la sustitución del elemento, la cual consintió en demoler el elemento afectado yreponerlo de la misma característica procurando proveer el refuerzo y los elementos confinantesrecomendados en los procedimientos ya mencionados.

Es importante mencionar que las viviendas afectadas, en su mayoría presentaban muros con daños variados,es decir incluían más de una clasificación de los daños, lo cual derivó en que las viviendas tuvieran distintotratamiento cada una.

Es preciso mencionar que hubo casas con distribución de daños ligeros en la mayoría de sus muros, así mismohubo casos en el que la afectación fue tal que el dictamen tubo que ser de demolición parcial o total, en elcaso de la demolición parcial se construyó en el mismo predio un equivalente en función y metros cuadradosa la bien demolido, con características tales que se consideraron resistentes en su momento. En el caso de lademolición total del inmueble hubo acuerdos entre el municipio y el propietario para canjear el predio porotro de valor económico similar.

Cabe destacar que hubo algunos proyectos especiales de recimentación. Estos casos se presentaron eninmuebles muy cercanos a la grieta con daños generalizados en toda la construcción pero sin llegar a serseveros. El procedimiento de reparación consistió en la construcción de una losa de recimentación concontratrabes de gran peralte integrándolas a la estructura de los muros, los cuales fueron reparados segúncorrespondió a su daño.

En la actualidad el problema del agrietamiento del terreno en la zona metropolitana del valle de Toluca no hadesaparecido ya que se siguen presentando nuevos agrietamientos del suelo de la zona urbana, en el año 2003Protección Civil municipal comunico que se venían formando nuevas grietas en la zona oriente de la ciudad,con una longitud conjunta aproximada de 8362 m. El conjunto de grietas se extiende a lo largo de la zonaindustrial de la ciudad y ha afectado nuevas colonias que se han formado por el crecimiento natural de lapoblación.

La afectación de la infraestructura es alarmante ya que actualmente el municipio no presta atención a losdaños en los inmueble privados y los propietarios tratan de recuperar su inversión realizando reparaciones queen la mayoría de los casos no es ni la más adecuada ni la mas económica.


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El estudio de los agrietamientos del terreno se ha realizado desde diferentes perspectivas, estudios geológicose hidráulicos han dado diferentes resultados, sin embargo los estudios estructurales de las edificacionesdañadas han sido limitados.

Se tiene acceso a los proyectos de reparación practicados por la empresa PESISA a 28 inmuebles de 5colonias de la zona centro de la ciudad, en los cuales se puede ver con precisión el estudio practicado a cadacaso y los detalles de las reparaciones practicadas para cada elemento.

En este trabajo se realiza el análisis estructural de las viviendas seleccionadas en las condiciones originales,(antes de las reparaciones de la década de los ochenta) y en el estado actual de los inmuebles, verificando laexistencia de modificaciones, ampliaciones, restauraciones y/o reparaciones intermedias, con el fin dedeterminar el comportamiento de las mismas a través del tiempo.

Al momento de la redacción del presente artículo se han visitado 6 inmuebles diferentes cuyas afectacionesfueron de moderadas a fuertes, solo se refieren tres casos representativos entre las que se encuentra un par deproyectos con recimentación.

Cabe destacar que la investigación aún no concluye y en este caso solo se presentan los avances de la mismarestando los análisis estructurales de las edificaciones en estado actual y poder obtener las conclusionescontundentes.

Las viviendas visitadas así como la clasificación general del daño se mencionan en la tabla 2

TABLA 2 Conjunto de viviendas visitadas y su clasificación de dañoNo DIRECCIÓN CLASIFICACIÓN DEL DAÑO1 FELIPE VILLANUEVA 702 Daño severo con recimentación2 VENUSTIANO CARRANZA 1503 Daños fuertes con sustitución de elementos3 PASEO TOLLOCAN 1243 Daño severo con recimentación4 FELIPE VILLANUEVA 713 Daños fuertes con sustitución de elementos5 ESTEBAN PLATA 227 Daños moderados6 ESTEBAN PLATA 301 Daños moderados

TRABAJOS DE CAMPO

Se realizó una visita a las viviendas seleccionadas con el propósito de observar la evolución delcomportamiento de las mismas a través del tiempo, encontrándose circunstancias diferentes para cadavivienda seleccionada, pero con una constante, los daños estructurales de la época no han evolucionadoconsiderablemente

A continuación se detallan aspectos importantes de tres de las viviendas visitadas, una de cada tiporeferenciada en la tabla 2

Felipe Villanueva 702

Esta edificación fue una de las más dañadas en especial por su sistema constructivo y es de las másimportantes para el estudio ya que el propietario del inmueble fue el primero que dio aviso a las autoridadesde la presencia de la grieta.

En el predio, además de existir la construcción de la casa habitación que hoy se refiere, existía unaconstrucción con una papelería que tubo que ser demolida ya que la grieta pasaba justo por debajo de sucimentación afectando esta construcción considerablemente

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El caso de estudio, se trata de una casa habitación de 270m2 construida en dos nivele y medio ya que cuentacon dos niveles habitacionales y en la azotea un cuarto de lavado y servicio. El sistema estructural empleadoes a base de muros de carga de tabique hueco sin refuerzo interior. Se destaca que los castillos deconfinamiento son castillos ahogados en los extremos de los muros, situación que contribuyóconsiderablemente a la disminución de la capacidad de carga de los elementos. La losa de entrepiso debido ala distribución de los muros de planta baja, es aligerada de concreto reforzado, la de cubierta está dividida endos secciones, las losas exteriores son de concreto reforzado con distribución a dos aguas y en el centro eslosa plana para alojar el área de tendido y el cuarto de lavado y servicio.

Los daños fueron generales por toda la vivienda y se considera que ésta sufrió daños en un 70% de suselementos debido a que la grieta del piso pasó por en medio del predio ocupado. El daño consistióprincipalmente en grietas diagonales en muros, de magnitudes de fuerte a severo, desplomes en la mitad delos muros y desniveles en el piso de planta baja.

La reparación propuesta consistió en reparar las grietas del muro rellenándolas con concreto fluido, cabedestacar que en este caso hubo la necesidad de rellenar algunos huecos de los muros. Posteriormente sereforzó cada muro con castillos en sus extremos y se recubrió dicho muro con malla electrosoldada paradespués plantear un aplanado de mortero cemento-arena. Este proceso se realizó a la par de una recimentaciónintegral de la vivienda que consiste en una losa de cimentación unida por contratrabes distribuidas en unaretícula triangular. Se ligó los muros existentes con la losa de cimentación mediante un procedimiento deanclaje de varillas practicado en la base de cada muro. (Ver figura 6)

FIGURA 6 Croquis de anclaje de la recimentación


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En la visita de reconocimiento que se realizó recientemente se puede observar que la estructura actualprácticamente no ha sido modificada en su distribución arquitectónica, sin embargo se ha realizado un cambiode uso, ya que con el paso del tiempo la ubicación ha resultado mas comercial que habitacional, actualmentese usa como academia de artes plásticas.

Desde el punto de vista estructural se ve que la estructura no presenta afectaciones considerables ya que losmuros no exhiben agrietamientos, algunos conservan un desplome que en el trabajo de reforzamiento originalno fue posible de corregir. Así mismo se observan daños por falta de mantenimiento ya que al ser muros detabique hueco se han realizados perforaciones para colgar algún elemento decorativo y presentafisuramientos que no han sido resanados adecuadamente.Cabe destacar que actualmente en la fracción del predio en el que se demolió la estructura del negocio, existeuna construcción ligera que sirve como negocio de compra-venta de artículos decorativos.

Venustiano carranza 1503

Construcción desplantada en un predio de 199.6m2 con un área de construcción de 348m2 en dos plantas, elprimer nivel es utilizado como oficinas y locales comerciales mientras que el segundo como casa habitación.El sistema estructural es a base de muros de tabique rojo recocido confinados por dalas y castillos. El sistemade piso y cubierta es de losa maciza de concreto reforzado.

Debido a los asentamientos diferenciales del terreno de desplante algunos muros (principalmente de plantabaja ) han sufrido daños severos, como agrietamiento diagonal.

El procedimiento de reparación recomendado fue la restitución de los muros dañados, apuntalando laedificación, demolición de los muros dañados y una reconstrucción posterior. Finalmente se sugirió larevelación de la estructura para recuperar su nivel de servicio.

En el recorrido actual se pudo constatar que los muros recomendados si fueron restituidos y salvo ligeromantenimiento no ha sufrido mayor alteración , el inmueble ha sido modificado en diferentes formas, sinembargo sigue prestando un servicio seguro y constante.

En las figuras siguientes se puede observar el estado original del inmueble y el estado actual del mismo.

FIGURA 7 Daños originalesde la vivienda

FIGURA 8 Situación actual.

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Paseo Tollocan 1243

Se trata de una casa habitación desplantada en un terreno de 431m2 en dos niveles con 140m2 la planta baja y142m2 en el nivel superior. La memoria de cálculo original refiere un sistema estructural a base de muros decarga de tabique rojo recocido, así como las losas de entrepiso y cubierta de concreto reforzado.

La edificación ha sufrido grietas en muros exteriores e interiores con un 38% del total de los muros dañados.Las grietas que aparecieron el piso tienen una trayectoria tal que afectó toda la edificación, de esquina aesquina, considerando que el inmueble quedó fuertemente dañado.

El procedimiento de reparación para esta vivienda refiere que se reparen los muros con daño medianomediante la adición de malla electrosoldada en cada una de las caras accesibles, los daños fuertes se siga unprocedimiento similar con la adición de castillos, y los muros que se repongan se desplanten sobre una cadenade desplante rígida. Así mismo se propuso una recimentación total del inmueble con una losa de cimentaciónrigidizada por contratrabes formando retículas triangulares, (ver figura 9).

FIGURA 9 Planta de recimentación de la vivienda estudiada


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Al hacer recorrido en el transcurso de esta investigación, se encontró que la edificación ha sido demolidarecientemente, se sabe que la reparación general de los muros se realizó conforme a lo estipulado, pero no seejecutó la recimentación. El terreno actual está en carácter de terreno baldío y se tubo la oportunidad derealizar algunas observaciones. Tales como que el terreno a simple vista no acusa la presencia de algunagrieta, pero observando con cuidado se observa que el terreno no tiene un nivel uniforme y presentahendiduras siguiendo la supuesta trayectoria de la grieta. Otra observación que se pudo realizar es que una delas edificaciones vecinas presenta antiguos agrietamientos en sus muros de colindancia sin embargo norepresenta peligro para la estabilidad de la estructura. (Ver figura 10 )

FIGURA 10 Estructura colindante al predio en estudio.

CONCLUSIONES

Después de haber realizado la recopilación de la información existente, visitado algunos inmuebles en suestado actual y verificar la evolución de los daños en las estructuras se concluye:

— Las reparaciones propuestas en ese tiempo fueron adecuadas, ya que no se ha incrementadosustancialmente el daño en los inmuebles.

— Las reparaciones practicadas obedecieron a las técnicas y materiales disponibles de la época— La mayoría de las edificaciones han sufrido un cambio de uso, lo cual implica que el destino original

de vivienda ha sido superado.

— Por otro lado, la evolución de la grieta en el terreno ha sido frenada, ya que se ha evitado el bombeode agua en la zona de afectación.

RECOMENDACIONES

— Concluir esta investigación para tener resultados más precisos que muestre de un parámetro delcomportamiento de las edificaciones.

— Utilizar como base de reparación, estos sistemas en los casos en que se requiera, ya que handemostrado ser eficaces en este tipo de deterioro.

— Estar actualizado y emplear materiales de reparación de tecnología reciente, con base a los resultadosobtenidos de técnicas ya probadas como las que se mencionaron arriba.

— Mantener un monitoreo constante de la evolución de la grieta y en la medida de lo posible evitarconstruir sobre la trayectoria para evitar afectaciones a la infraestructura.

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AGRADECIMIENTOS Se agradece a la empresa hoy extinta PROYECTOS ESTUDIOS Y SISTEMAS SA DE CV por lasfacilidades brindadas para recabar los datos de las viviendas dañadas. Así mismo se hace un reconocim,ientopúblico a los actuales propietarios de los inmuebles visitados por permitirnos hacer los recorridos y valuar elactual estdo en que se encuentran sus propiedades.

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